Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса оценки экологической опасности сложных отходов. Цель и задачи исследования 8
Глава 2. Исследование списанных судов внутреннего плаваниякак сложного опасного отхода 16
2.1. Анализ существующего списанного и подлежащего списанию парка судов транспортного флота в России. .. 16
2.2. Анализ количества отходов различного класса опасности в составе сложного отхода в виде судна 27
2.3. Исследование распределения массы компонентов различного класса опасности по районам судна 37
Глава 3. Исследование регрессионных зависимостей массы отходов различного класса опасности от характеристик районов расположения отходов
3.1. Методы исследований и предварительная обработка исходных статистических данных 55
3.2. Оценка тесноты корреляционной связи между массой отходов различных классов опасности и характеристиками районов судна
3.3. Обоснование формы связи между массой отходов различного класса опасности и характеристиками районов судна. Построение уравнений регрессии
Глава 4. Разработка методики определения класса опасности для окружающей среды отходов в виде судов 85
4.1. Оценка показателя степени опасности для окружающей среды отходов в виде судов 85
4.2. Порядок определения класса опасности для окружающей среды отходов в виде судов 94
4.3. Оценка экономической эффективности от внедрения разработанной методики определения класса опасности отходов в виде судов
Заключение 102
Библиографический список использованной литературы 103
- Анализ существующего списанного и подлежащего списанию парка судов транспортного флота в России.
- Методы исследований и предварительная обработка исходных статистических данных
- Оценка показателя степени опасности для окружающей среды отходов в виде судов
Введение к работе
Спад промышленного производства в России в конце XX века привел к резкому сокращению внутренних перевозок. Произошла переориентация фрахтового рынка на смешанные «река-море» перевозки. Поэтому около 7500 судов внутреннего плавания остались невостребованными судоходством.
Часть этих судов (более 30%) и в дальнейшем не могут быть использованы, поскольку списаны и подлежат дальнейшей утилизации, либо их техническое состояние таково, что они должны быть списаны в ближайшее время.
Утилизация судов при имеющихся технологиях разделки и существующих в России ценах на металлолом мало рентабельна, поэтому темпы утилизации судов отстают от темпов их деградации и разрушения. В результате в большинстве акваторий предприятий водного транспорта появляются несанкционированные «свалки металлолома».
Проблема предотвращения загрязнения окружающей среды (ОС) на этапах проектирования, постройки и эксплуатации судна всесторонне исследована. Контроль выполнения экологических требований при проектировании, постройке и эксплуатации судов осуществляет Российский Речной Регистр. В то же время проблема предотвращения загрязнения ОС на этапе утилизации судна практически не исследована.
Утилизация судна, как часть его жизненного цикла, начинается с момента списания и включает в себя хранение (размещение), собственно процесс утилизации, а также транспортировку (перемещение) судна-отхода к месту утилизации. Все выше перечисленные процедуры относятся к деятельности по обращению с опасными отходами и, в целях предотвращения загрязнения ОС, подлежат в соответствии с законодательством Российской Федерации (РФ) обязательному лицензированию. Хранение, утилизацию и транспортировку судов-отходов в России производят свыше 250 предприятий водного транспорта (судостроительные и судоремонтные заводы, базы отстоя флота и др.).
Необходимым условием при получении лицензии на право деятельности по обращению с опасными отходами является определение класса опасности отходов, т.е. оценка их экологической опасности.
Кроме того, в соответствии с действующим законодательством, хозяйствующим субъектам, в том числе и предприятиям водного транспорта, необходимо разработать ряд документов, необходимых для учета и отчетности в области обращения с отходами: сведения об инвентаризации отходов, компонентный состав отходов, наименование отхода в соответствии с федеральным классификатором отходов, паспорт опасного отхода, проект нормативов образования отходов и лимитов на их размещение.
Ключевое значение при разработке выше перечисленных документов имеет также определение класса опасности отходов.
Следует отметить, что определение класса опасности отходов также необходимо при разработке проекта утилизации судна на стадии его проектирования (раздел «Охрана окружающей среды»).
В настоящее время оценка экологической опасности судна-отхода может быть проведена только с помощью действующего в РФ нормативного документа: «Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (в дальнейшем «Критерии») с использованием проектно-специфицированных норм расхода материалов, входящих в техническую документацию на судно. Однако, судно-отход является сложным видом отхода и в большинстве случаев содержит более 300 видов различных отходов, поэтому оценка его класса опасности с помощью «Критериев» приводит к принципиальным трудностям. Кроме того, документация по выведенным из эксплуатации судам часто отсутствует. Встречаются также случаи, когда установить даже номер проекта судна невозможно, что вообще исключает возможность использования этой методики.
В основу «Критериев» положены результаты исследований ученых НИИ экологии и гигиены окружающей среды РАМН имени А.Н. Сысина (Русакова H.B., Павлова В.Н.); Государственного института прикладной экологии Минприроды России (Васильченко З.А.), которые позволяют учесть в интегральной форме различные свойства компонентов отхода, характеризующих их отрицательное воздействие на ОС и объективно оценивать опасность сложных отходов с присвоением соответствующего класса опасности. В работах этих ученых изложен способ оценки экологической опасности сложных отходов, основанный на статистической модели, которая позволяет на базе накопленного мировой и отечественной наукой экспериментального материала по опасным свойствам различных веществ, входящих в состав отхода, вероятностным методом давать количественную оценку экологической опасности отхода.
В диссертационной работе, оценка экологической опасности отходов в виде судов также сведена к расчету интегральных показателей, характеризующих опасные для ОС свойства этих объектов.
Объектом исследования в диссертационной работе являются суда внутреннего плавания. При выполнении диссертационной работы использованы методы теории вероятностей и математической статистики. Обработка статистических данных, получение ряда аппроксимирующих зависимостей и практические расчеты выполнялись с использованием пакета прикладных программ Microsoft Excel.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
• впервые предложена и обоснована возможность определения экологической опасности судна-отхода с использованием его типа и характеристик.
• впервые исследовано распределение компонентов (материалов) различного класса опасности, составляющих массу судна, по элементам нагрузки масс, которые соответствуют определенным районам судна.
• впервые получены расчетные зависимости определения класса опасности для судов-отходов внутреннего плавания.
Практическая ценность исследования заключается в разработке способа определения класса опасности судна-отхода, позволяющего упростить подго товку необходимой документации и снизить затраты предприятий водного транспорта на этапе утилизации судов.
Данная методика использована некоммерческим партнерством «Чистая Волга» при выполнении областной комплексной экологической программы санации Волжского судоходства.
В настоящее время методика направлена на согласование в Министерство природных ресурсов Российской Федерации.
Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и специалистов ВГАВТа "Транспорт-21 век" в 2003 г.; на II Региональной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона» в Нижегородском государственном техническом университете в 2003 г.; на научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» в Нижнем Новгороде в 2003 г.; на восьмой нижегородской сессии молодых ученых (технические науки) в Дзержинске в 2003 г., на Международном форуме "Великие реки" на секции "Проблемы использования и дальнейшего развития внутренних водных путей России" в Нижнем Новгороде в 2004 г.
По теме диссертации опубликовано семь работ.
Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (132 наименования). Работа содержит 114 страниц машинописного текста, включающих 2 с. содержания, 12 с. списка литературы и содержит 5 рисунков и 31 таблицу.
Анализ существующего списанного и подлежащего списанию парка судов транспортного флота в России
Выполненные Волжской государственной академией водного транспорта обследования выведенных из эксплуатации судов в 14 бассейнах России, с участием соответствующих инспекций Российского Речного Регистра (РРР) показали, что около 40% судов к настоящему времени потеряли герметичность корпуса (см. таблицы 2.1.1 и табл.2.1.2), представляют собой отходы судоходства и на них распространяется действие Закона Российской Федерации (РФ) «Об отходах производства и потребления» [36].
Для выполнения исследований экологической опасности судов-отходов предварительно была произведена оценка состава списанного и подлежащего списанию флота на 2000 год.
Анализ статистических материалов показал, что в РФ насчитывается около 3089 отходов в виде судов, представленных более чем 300 проектами плавсредств различных типов и классов по РРР.
Процентное содержание судов-отходов транспортного флота в общем количестве судов-отходов по различным бассейнам колеблется от 74,59 % до 92,59 % (см. таблицу 2.1.3). В среднем по России эта величина составляет 81,67 %. Абсолютное количество судов-отходов транспортного флота в целом по России составляет 2611 судов. Наибольшее количество изучаемых видов судов-отходов находится в Обь-Иртышском бассейне (621 единица флота, или 23,78 % от общего количества отходов). Наименьшее количество судов-отходов находится в Амурском бассейне (25 единиц флота, или 0,96 % от общего количества единиц отходов). В таблице 2.1.4 приведены значения абсолютного количества единиц судов-отходов транспортного флота по различным бассейнам
России и соответствующие им процентные содержания в общем количестве судов-отходов, имеющихся в России. В таблице 2.1.5 приведены обобщенные данные о составе судов-отходов транспортного флота России.
Наибольший процентное содержание в общем количестве судов-отходов транспортного флота имеют буксирные суда. В зависимости от бассейна эта величина варьируется от 24% (Амурский бассейн) до 67,44 % (Северный бассейн), а в среднем по России составляет 45,88 % (смотри таблицу 2.1.6).
На втором месте по величине процентного содержание находятся несамоходные сухогрузные суда (баржи). В зависимости от бассейна эта величина изменяется от 19,89 % (Северный бассейн) до 53,57 % (ГП «Канал имени Москвы»), а в среднем по России составляет 33,44 % (смотри таблицу 2.1.6).
Третье место по величине процентного содержания занимают самоходные сухогрузные суда. В зависимости от бассейна эта величина варьируется от 7,41 % (Нижняя Волга) до 21,62 % (Доно-Кубанский бассейн), а в среднем по России составляет 11,26 % (смотри таблицу 2.1.6).
На четвертой позиции по величине процентного содержания находятся пассажирские суда. В зависимости от бассейна эта величина изменяется от 2,07 % (Байкало-Ангарский бассейн) до 22,22 % (Нижняя Волга), а в среднем по России составляет 8,08 % (смотри таблицу 2.1.7).
Пятое место по величине процентного содержания занимают несамоходные наливные суда (наливные баржи). В зависимости от бассейна эта величина варьируется от 0,86 % (Северный бассейн) до 8,00 % (Амурский бассейн), а в среднем по России составляет 1,30 % (смотри таблицу 2.1.7).
На последнем месте по величине процентного содержания находятся самоходные наливные суда (танкеры). В Ленском бассейне эта величина равна 0,34 %, в остальных бассейнах 0 %, а в среднем по России составляет 0,04 % (смотри таблицу 2.1.7).
25 от бассейна эта величина варьируется от 39,90 % (Байкало-Ангарский бассейн) до 90,78 % (Северный бассейн) а в среднем по России составляет 64,50 % (смотри таблицу 2.1.8).
На втором месте по величине процентного содержания находятся суда класса «О». В зависимости от бассейна эта величина изменяется от 4,90 % (Северный бассейн) до 52,33 % (Байкало-Ангарский бассейн), а в среднем по России составляет 31,67 % (смотри таблицу 2.1.8).
Третье место по величине процентного содержания занимают суда класса «М». В зависимости от бассейна эта величина варьируется от 0 % (Амурский бассейн, Обский бассейн, Камский бассейн, Верхняя Волга, Нижняя Волга, ГП «Канал имени Москвы» и Доно-Кубанский бассейн) до 6,19 % (Северо-Западный бассейн), а в среднем по России составляет 2,03 % (смотри таблицу 2.1.8).
На последнем месте по величине процентного содержания находятся суда класса «Л». В зависимости от бассейна эта величина варьируется от 0 % (Средняя Волга и Нижняя Волга) до 6,76 % (Доно-Кубанский бассейн), а в среднем по России составляет 1,80 % (смотри таблицу 2.1.8).
Методы исследований и предварительная обработка исходных статистических данных
В параграфе 2.3 настоящей работы были определены районы судна, где расположены наибольшие количества отходов каждого класса опасности на судне-отходе, а именно район машинного отделения (МО) для отходов третьего класса опасности, район надстройки для отходов четвертого класса опасности и район корпуса для отходов пятого класса опасности. Исходя из этого, было выдвинуто предположение, что масса отходов каждого класса опасности для различных судов должна быть связана корреляционной связью с характеристиками соответствующих районов судна. В качестве характеристик были рассмотрены следующие варианты. Для района МО:
1) объем МО VM05 м3;
2) площадь МО SM0, м2;
3) объем МО в степени 2/3 (Умо)т, м2;
4) мощность главных двигателей, кВт;
Для района надстройки:
1) объем надстройки Унад, м3;
2) площадь палуб надстройки SHiW, м2;
3) объем надстройки в степени 2/3 (VHiW) , м2: Для корпуса судна:
1) кубический модуль LBH, м3;
2) кубический модуль в степени 2/3 (LBH)273, м2;
3) модуль ЦВ+Н), м2. Перечень рассмотренных характеристик районов был принят по аналогии с характеристиками (модулями), предложенными в середине прошлого века Н.К. Дормидонтовым в его работах [26] по исследованию массы элементов весовой нагрузки судов внутреннего плавания.
В таблицах 3.1.1, 3.1.2 и 3.1.3 приведены данные по массе отходов различного класса опасности в составе отобранных случайным образом проектов судов, а также соответствующие им характеристики районов судна.
Известно, что для применения теории корреляционно-регрессионного анализа необходимо чтобы статистические распределения исследуемых величин не противоречили нормальному закону. В этой связи было проведено изучение закона распределения массы отходов каждого класса опасности. Поскольку рассматриваемые величины массы отходов различного класса опасности зависят от многих факторов, то можно было предположить, что эмпирическое распределение частот приближено к нормальному распределению.
Распределение можно считать нормальным, а точнее говоря - не опровергать гипотезу о сходстве фактического распределения с нормальным, если показатели асимметрии и эксцесса не превышают своих двукратных средних квадратических отклонений а и оех [29].
Результаты расчетов для отходов каждого класса опасности приведены в таблице 3.1.4. Рассмотрение таблицы 3.1.4 не подтвердило справедливость испытуемой гипотезы о нормальности эмпирического распределения для вариационного ряда массы отходов четвертого класса опасности.
Анализ состава собранных данных по массе отходов четвертого класса опасности показал, что в их составе имеются значения, заметно отличающиеся от общего уровня: пассажирские суда проектов № 860 (158,2 т); № 305 (170 т); № 785 (200 т); № 26-37 (275 т) и № 588 (315 т).
Для выявления значимости таких отличий была осуществлена проверка гипотезы о принадлежности «выделяющихся» значений исследуемой генеральной совокупности с использованием критерия Ирвина (X):
Критерий Ирвина был рассчитан для наименьшего по величине значения из группы «выделяющихся» наблюдений (поскольку «выделяющиеся» значения максимальные). Для вариационного ряда массы отходов четвертого класса опасности Х.=3,74. По данным [29], при объеме выборки п=49 и АКЗ,74 Р(А,) равно 0,0001. В силу малой вероятности появления таких расхождений между смежными значениями в вариационном ряду полученных данных вышеупомянутые «выделяющиеся» значения были признаны не принадлежащими к изучаемой совокупности.
Последующая после исключения этих значений из вариационных рядов проверка гипотезы о нормальном распределении подтвердила справедливость этой гипотезы (смотри таблицу 3.1.4).
Для установления факта наличия связи между массой отходов каждого из рассматриваемых классов опасности и характеристиками соответствующих районов судна были построены статистические групповые таблицы (смотри таблицу 3.1.5). Поскольку взаимная связь (мультиколлинеарность) характеристик одного и того же района судна очевидна, то группировка была произведена отдельно для каждой из характеристик района судна. Вариационные ряды массы отходов каждого класса опасности были разбиты на группы в зависимости от величины характеристик районов судна, и по каждой группе были вычислены средние значения массы отходов рассматриваемого класса опасности.
Оценка показателя степени опасности для окружающей среды отходов в виде судов
Отнесение отходов к классу опасности для окружающей среды (ОС) осуществляется в соответствии с [76] на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода при его воздействии на ОС, рассчитанного по сумме показателей опасности составляющих отход компонентов (Kj):
К=К,+К2+...+ Kj+.. .+КП (4.1.1) где К - показатель степени опасности отхода для ОС;
Кі, К2, КІ5 Кп - показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для ОС.
В соответствии с [76] показатель степени опасности компонента отхода Kj рассчитывается как отношение концентрации компонента отхода Q в сложном отходе к коэффициенту его степени опасности для ОС Wj по следующей формуле:
Ki=Ci/Wi, (4.1.2) где Kj — показатель степени опасности компонента отхода; Cj - концентрация компонента отхода в сложном отходе, мг/кг; Wi - коэффициент степени опасности компонента в сложном отходе, мг/кг. Величина его численно равна количеству компонента отхода, ниже значения, которого он не оказывает негативного воздействия на ОС. Размерность коэффициента степени опасности для ОС условно принимается как мг/кг. Другими словами Wj - максимально допустимая концентрация компонента в отходе, при которой отрицательным воздействием этого компонента на ОС можно пренебречь. Отнесение отходов к классу опасности по полученному показателю степени опасности отхода для ОС осуществляется в соответствии с таблицей 4Л. 1 [76].
В соответствии с п. 2.2 и 2.3 настоящей работы судно-отход было представлено как совокупность различных видов отходов, сгруппированных по классам опасности. Поэтому в качестве компонентов судна-отхода были приняты совокупности отходов одинакового класса опасности. В п. 2.2 настоящей работы было показано, что судно-отход практически состоит из отходов только трех классов опасности: третьего, четвертого и пятого.
С учетом выше изложенного формула (4.1.1) для судна-отхода имеет вид:
КС=К3+К4+К5, (4.1.3) где Кс - показатель степени опасности судна-отхода для ОПС; Кз - показатель степени опасности совокупности отходов третьего класса опасности в составе судна;
К4 - показатель степени опасности совокупности отходов четвертого класса опасности в составе судна;
К5 - показатель степени опасности совокупности отходов пятого класса опасности в составе судна. Тогда можно записать К3= С3 / W3, IQ = С4 / W4, К5 = С5 / W5, а формула (4.1.3) примет следующий вид: КС=С3 / W3+ С4 / W4+ С5 / W5, (4.1.4)
где Сз - концентрация отходов третьего класса опасности в сложном отходе судне, мг/кг;
W3 — коэффициент степени опасности отходов третьего класса опасности в опасном отходе судне, мг/кг;
С4 - концентрация отходов четвертого класса опасности в сложном отходе судне, мг/кг;
W4 - коэффициент степени опасности отходов четвертого класса опасности в опасном отходе судне, мг/кг;
С 5 - концентрация отходов пятого класса опасности в сложном отходе судне, мг/кг;
Ws - коэффициент степени опасности отходов пятого класса опасности в опасном отходе судне, мг/кг;
По определению: С3 = (М3/Мс)106, С4 = (М4/Мс 106, С5 = (М5/Мс 106. Где М3 - масса отходов третьего класса опасности, т; М4 — масса отходов четвертого класса опасности, т; М5 — масса отходов пятого класса опасности, т; МС=М3+М4+М5- масса судна, т.
В п. 3.3 были получены следующие выражения для определения массы отходов различного класса опасности в зависимости от характеристик районов судна (модулей):
М3 = 0,01(SMo)U3 при 12,80 м2 SMO 224 м2 (4.1.5)
Mr 0,17($над) - 2,86 при 26 м2 SHW 444 м2 (4.1.6)
М5= 0,56(LBH)0 81 при 78 м3 LBH 8968 м3 (4.1.7)
Где SM0 - площадь машинного отделения м2; SHaa - площадь палуб в надстройке м2; LBH - кубический модуль м3.
Известно [29], что в полученные уравнения связи можно подставлять значения аргументов (модулей), которые не выходят за пределы трети размаха вариации, как за минимальное, так и за максимальное значение модулей, входящих в базисную информацию.
Таким образом, диапазоны изменения модулей районов судна, при которых возможно будет применение уравнений (4.1.5).. .(4.1.7) будут следующими:
1. для уравнения (4.1.5) (SM0) от 0 м2 до 294 м2.
2. для уравнения (4.1.6) (SH!W) от 0 м2 до 583 м2.
3. для уравнения (4.1.7) (LBH) от 0 м3 до 11910 м3.
Далее были найдены диапазоны изменения коэффициентов степени опасности W для отходов различного класса опасности. Поскольку в качестве компонента отхода-судна была принята совокупность отходов одинакового класса опасности, то диапазоны изменения W для каждого класса опасности были найдены из соотношения (4.1.2): Kj = Q / W;, откуда Wj = Q / Kj, Cj=106, W; = 106/Ki.
По данным таблицы 4.1.1 и полученному соотношению были определены граничные значения диапазонов изменения W для отходов каждого класса опасности: l Wi 102; 102 W2 103; 103 W3 104; 104 W4 105; 105 W5 106.
Таким образом, коэффициент степени опасности W представляет собой случайную величину, все возможные значения которой сгруппированы по классам опасности и заданы соответствующими интервалами (смотри таблицу 4.1.2). Поэтому в соответствии с рекомендациями [28, 29] в данной работе в качестве значений W для каждого класса опасности принимались середины соответствующих интервалов, т.е. W3 =4,5404 мг/кг; W4 =4,5-104 мг/кг; W5 =4,5-105 мг/кг.
